四層電梯畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力技術(shù)領(lǐng)域的電子技術(shù)，是與電子、控制、電力緊密相關(guān)的科學(xué)。其主要內(nèi)容是：應(yīng)用電工理論和開(kāi)發(fā)工具，利用電力電子器件構(gòu)成變流電路，對(duì)電能進(jìn)行變換和控制，其中包括電壓、頻率、電流和波形等電量的變換技術(shù)。電能變換技術(shù)早已成為電工界的重要研究課題。過(guò)去曾應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式變流器、汞弧整流器和接觸器等實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制，因

2、實(shí)施技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，有的未獲應(yīng)用，有的應(yīng)用范圍不大。1957年晶閘管問(wèn)世，帶來(lái)了電力電子學(xué)的革命，電力電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，電能變換技術(shù)已日漸成熟，除晶閘管及其電路獲廣泛應(yīng)用外，新一代電力電子器件不斷出現(xiàn)，使電力電子技術(shù)的面貌日新月異。由于三項(xiàng)交流正弦電壓源是電能的主要形式，為適應(yīng)各種負(fù)載對(duì)不同電能形式的需求，可以實(shí)現(xiàn)最高性能電能變換的電力電子裝置必然成為供電電源與負(fù)載的中間耦合環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，以對(duì)國(guó)民

3、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了日益顯著的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。顯然電力電子器件、電力電子電路及系統(tǒng)、電力電子裝置應(yīng)用是電力電子技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容。</p><p>　　電力電子器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)，電力電子器件工作于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，據(jù)其開(kāi)關(guān)特性可劃分為以下三類(lèi)：不控型器件：為無(wú)控制端子的二端器件，即整流二極管。不控制型器件具有不可控制的單向?qū)щ婇_(kāi)關(guān)特征。半控制型器件：為有控制端子的三端器件，如晶閘管及其大部分派生器件。半

4、控型器件具有可控開(kāi)通的單向?qū)ч_(kāi)關(guān)特性。全控型器件：也是具有控制端子的三端器件，如電力晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管、集成門(mén)極換向晶閘管（IGCT）等。全控制器件具有可控開(kāi)通、可控關(guān)斷的單向?qū)щ婇_(kāi)關(guān)特性，也稱(chēng)為自關(guān)斷型器件。</p><p>　　由于器件的制造技術(shù)不斷更新，電力電子器件得到了發(fā)展，其發(fā)展方向可概括為：提高電力電子器件

5、開(kāi)關(guān)容量和動(dòng)態(tài)性能，自關(guān)斷化、復(fù)合化和模塊化。</p><p>　　模塊化器件是一種集成功率器件，構(gòu)成電力電子電路時(shí)，可以減少電路接線(xiàn)和裝置的體積。復(fù)合器件是由雙極型器件和多個(gè)導(dǎo)電的場(chǎng)控制器件集成起來(lái)的新型器件，絕緣柵晶體管（IGBT）、集成門(mén)極換晶閘管（IGCT）、MOS控制晶閘管（MCT）都是很有前途的復(fù)合器件，其開(kāi)關(guān)容量、特性都會(huì)得到進(jìn)一步提高。</p><p>　　從開(kāi)關(guān)容量來(lái)看，

6、普通晶閘管已為大容量直流電源奠定了良好的基礎(chǔ)。GTO技術(shù)也日趨完善，開(kāi)關(guān)容量幾乎與普通晶閘管持平。在逆變器設(shè)計(jì)中，采用GTO、GTR、IGBT、IGCT取代晶閘管，可以大大簡(jiǎn)化主電路，現(xiàn)已獲成功的應(yīng)用。MOSFET開(kāi)拓了電力電子技術(shù)在更高頻率范圍的應(yīng)用領(lǐng)域，但因通態(tài)電阻較大，其開(kāi)關(guān)容量受到了限制。</p><p>　　采用電力電子電路可以實(shí)現(xiàn)電能的多種變換。從實(shí)現(xiàn)電能變換的角度出發(fā)，電力電子電路也稱(chēng)為電力變換器，

7、主要由以下幾種基本類(lèi)型：整流器：是用于將交流電能變換為直流電能的變換器。輸出整流電壓完全決定于交流電源電壓的稱(chēng)為不可控整流電路；輸出整流電壓可以控制的稱(chēng)為可控整流電路。逆變器：是用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的變換器。交流側(cè)為固定電壓、頻率的交流電源時(shí)，稱(chēng)為有源逆變器；交流輸出側(cè)為無(wú)源負(fù)載時(shí)，稱(chēng)為無(wú)源逆變器。斬波器：是用于將直流電壓變換為可調(diào)的或穩(wěn)定的直流電壓的變換器。輸出電壓低于電源電壓時(shí)，稱(chēng)為降壓型斬波器；輸出電壓高于電源電壓時(shí)，稱(chēng)為

8、升壓型斬波器。交流調(diào)壓器：是用于將交流電源電壓變換為可調(diào)的獲穩(wěn)定的交流電壓的變換器。周波變換器：是用于將一定頻率和電壓的交流電能變換為頻率、電壓可調(diào)的交流電能的變換器。</p><p>　　上述變換器均具有一種電力變換功能，稱(chēng)為基本的電力變換電路或基本電力變換器。按一定的技術(shù)要求，使用多個(gè)基本電力變換器完成一定的電能變換功能時(shí)，稱(chēng)為組合電子變換電路或組合電力變換器。例如，由整流器和無(wú)源逆變器可構(gòu)成變頻器；由逆變器

9、和整流器可構(gòu)成直流電壓變換器。有的變換器可以有兩種變換功能，例如全控制整流器在一定條件下就成為有源逆變器。</p><p>　　為提高電力變換器的系統(tǒng)性能，多采用自動(dòng)控制理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)有關(guān)技術(shù)要求。對(duì)于不同變換功能的電力變換器，應(yīng)當(dāng)采用與之相適應(yīng)的控制方式。常用控制方式主要有以下三種類(lèi)型：相控方式：用于交流電源的電力變換器，如可控整流器、有源逆變器、交流調(diào)壓器、周波變換器等。在該控制方式下，控制信號(hào)的變化結(jié)果體現(xiàn)

10、為觸發(fā)脈沖的移相。頻控方式：用于由直流電源供電的無(wú)源變換器。在該控制方式下，控制信號(hào)的變化結(jié)果體現(xiàn)為控制脈沖頻率的變化。斬控方式：用于對(duì)斬波器和采用脈寬調(diào)制的變換器。在該控制方式下，控制信號(hào)的變化結(jié)果體現(xiàn)為變流元件導(dǎo)通比的變化。</p><p>　　上述均為單一控制方式，實(shí)際中也可以配合應(yīng)用。例如周波變換器為相控和頻控兩種控制方式的配合應(yīng)用；脈寬調(diào)制逆變器為頻控和斬控兩種控制方式的配合應(yīng)用。按照負(fù)載要求，選用適當(dāng)

11、的電力變換器和控制方式，可以組成實(shí)用電力電子裝置。</p><p>　　2 電力電子及直流調(diào)速的發(fā)展</p><p>　　2.1直流調(diào)速的發(fā)展</p><p>　　現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整 </p><p

12、>　　流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。 </p><p>　　整流器時(shí)代：大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典

13、型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國(guó)大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。 </p><p>　　逆變器時(shí)代：七十年

14、代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。 </p>&

15、lt;p>　　變頻器時(shí)代：進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到19

16、95年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域已成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　我國(guó)對(duì)節(jié)能技術(shù)也十分重視，電力電子技術(shù)在節(jié)能方面的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始。今后應(yīng)普及電

17、力電子技術(shù)在節(jié)能上作用的認(rèn)識(shí)，圍繞節(jié)能加快電力電子技術(shù)的發(fā)展。 </p><p>　　在電力電子裝置方面，我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)最多的是牽引、電化和電熱冶金、直流傳動(dòng)、勵(lì)磁四類(lèi)裝置，但正如其發(fā)展前景所估計(jì)的：斬波調(diào)速、交流調(diào)速、直流輸電、靜止補(bǔ)償?shù)确矫妫惨延兴l(fā)展或正在開(kāi)始工作。 </p><p>　　在控制技術(shù)方面，微電子技術(shù)已成為重要議題并有所采用?，F(xiàn)代控制理論也已為電力電子工作者所重視。 &

18、lt;/p><p>　　應(yīng)特別指出的是：電力電子技術(shù)對(duì)日用電器的發(fā)展具有重要影響。實(shí)際上，電力半導(dǎo)體器件中大部分是中小型器件。在國(guó)外，日用電器是電力電子技術(shù)的最大市場(chǎng)之一。但由于作為發(fā)展階段已經(jīng)過(guò)去，故未列入發(fā)展前景的估計(jì)之內(nèi)。我國(guó)在發(fā)展過(guò)程中，一直未能重視小功率電力半導(dǎo)體器件及日用電器的生產(chǎn)，所以和國(guó)外差距很大。當(dāng)前正在大力發(fā)展日用機(jī)電產(chǎn)品，所以有必要強(qiáng)調(diào)電力電子技術(shù)為日用電器服務(wù)。由于我國(guó)民用市場(chǎng)龐大，估計(jì)將有一

19、個(gè)良好的應(yīng)用前景。</p><p>　　從電力電子裝置在實(shí)用系統(tǒng)中的功能來(lái)看，可劃分為電源和開(kāi)關(guān)兩類(lèi)裝置。這兩類(lèi)裝置又可分為交流和直流兩種。下面舉例說(shuō)明電力電子裝置在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。</p><p>　　2.1.1．直流調(diào)速在電力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　變流耦合供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中用晶閘管構(gòu)成靜態(tài)直流電源裝置，為直流電動(dòng)機(jī)供電。由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

20、單、技術(shù)成熟、動(dòng)靜態(tài)特性好、效率高，便于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行和自動(dòng)控制，已獲廣泛應(yīng)用，正在逐漸取代電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組供電的傳統(tǒng)方式。該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，調(diào)節(jié)精度高，性能好，調(diào)試簡(jiǎn)單，操作維修方便。應(yīng)用實(shí)例有礦井提升機(jī)、軋鋼機(jī)、回轉(zhuǎn)窯和龍門(mén)刨等電動(dòng)設(shè)備的電控系統(tǒng)。</p><p>　　斬波器耦合供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：對(duì)于直流電源供電的直流電動(dòng)機(jī)，可通過(guò)斬波器供電進(jìn)行控制，斬波器采用斬控方式調(diào)節(jié)直流電壓，實(shí)現(xiàn)直流電

21、動(dòng)機(jī)脈沖調(diào)速。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活?？蓪?shí)現(xiàn)啟動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)速、制動(dòng)等控制，節(jié)電效果顯著。主要用于由直流電源供電的場(chǎng)合，如地鐵電機(jī)車(chē)、工礦電機(jī)車(chē)、城市電車(chē)、蓄電池電機(jī)車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等的調(diào)速控制。</p><p>　　變頻器耦合供電的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中用頻率、電壓配合控制的變頻器為交流電動(dòng)機(jī)供電，可構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，有較理想的調(diào)速性能。變頻調(diào)速具有高效節(jié)能的效果，有的系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用極為

22、廣泛，變頻變頻調(diào)速已成為電力電子技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的重要方面。由于自關(guān)斷型電力電子器件的發(fā)展和應(yīng)用，近年來(lái)中小功率感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速獲得廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)主要用于采用交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)且需要調(diào)速的各類(lèi)負(fù)載，如礦井提升機(jī)、膠帶輸送機(jī)、水泵、通風(fēng)機(jī)等。</p><p>　　線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)：線(xiàn)繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子也可以進(jìn)行功率傳遞，構(gòu)成轉(zhuǎn)差功率控制的調(diào)速系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路通過(guò)轉(zhuǎn)子整流器、逆變器與交流電源耦合，可將轉(zhuǎn)差

23、功率回饋電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)采用轉(zhuǎn)差功率控制的串級(jí)調(diào)速。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著。已在風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載的調(diào)速控制中或廣泛應(yīng)用，并取得顯著效果。</p><p>　　新型調(diào)速點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用：無(wú)換向電器電動(dòng)機(jī)是一種自控式變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，有與直流電動(dòng)機(jī)相似的特性，兼有交、直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。有點(diǎn)力電子變換器驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、制動(dòng)性能好、調(diào)速范圍寬的有點(diǎn)。這兩種調(diào)速電動(dòng)機(jī)都是與電力電子變換器

24、結(jié)合的新型調(diào)速電動(dòng)機(jī)，已形成機(jī)電一體化產(chǎn)品，很有發(fā)展前途。</p><p>　　2.2直流電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置：由晶閘管構(gòu)成靜態(tài)電源裝置，工發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)控制與保護(hù)、效率高，已獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　高壓直流輸電（HVDC）：兩端交流電源均由晶閘管變流器作為電能變換裝置，既可以將交流側(cè)電能變換為直流

25、電能輸出，又可以將直流側(cè)電能變換為交流電能輸入。通過(guò)對(duì)變流器控制角的調(diào)整實(shí)現(xiàn)能量的變換、傳遞與調(diào)速。</p><p>　　近年來(lái)，直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM)控制方式已成為主流。同時(shí)，隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段

26、和方法。這種控制方式很容易在DSP控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動(dòng)機(jī)控制數(shù)字化提供了契機(jī)。本文在深入分析直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其全數(shù)字化控制技術(shù)及其模糊控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)研究。</p><p><b>　　3 電源設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　3.1電源設(shè)計(jì)原理</b></p><p>

27、　　3.1.1 材料選擇</p><p>　　15V變壓器，7824穩(wěn)壓塊1個(gè)，二極管4個(gè)，1000µF電容與220µF電容各一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干，電路圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 橋式整流穩(wěn)壓電路圖</p><p>　　3.1.2 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓

28、電路四個(gè)部分組成，如圖2，圖3所示。</p><p>　　+ 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p>　　u1 u2 u3 uI U

29、0</p><p>　　_ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p><p>　　圖2 穩(wěn)壓電源的組成框圖</p><p>　　u1 u2 u3 uI

30、 U0 </p><p>　　0 t 0 t 0 t 0 t 0 t </p><p>　　圖3 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程</p><p><b>　　3.2整流與濾波</b></p>

31、<p>　　3.2.1二極管整流濾波原理及分析</p><p>　　半波整流中二極管半波整流電路實(shí)際上利用了二極管的單向?qū)щ娞匦浴?lt;/p><p>　　當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓Vo=vi-Vd。當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管截止，輸出電壓Vo=0。半波整流電路輸入和輸出電壓的波形如圖4所示。</p><p>　　

32、圖4 二極管半波整流電路   </p><p>　　對(duì)于使用直流電源的電動(dòng)機(jī)等功率型的電氣設(shè)備，半波整流輸出的脈動(dòng)電壓就足夠了。但對(duì)于電子電路，這種電壓則不能直接作為半導(dǎo)體器件的電源，還必須經(jīng)過(guò)平滑（濾波）處理。平滑處理電路實(shí)際上就是在半波整流的輸出端接一個(gè)電容，在交流電壓正半周時(shí)，交流電源在通過(guò)二極管向負(fù)載提供電源的同時(shí)對(duì)電容充電，在交流電壓負(fù)半周時(shí)，電容通過(guò)負(fù)載電阻放電。如圖5

33、所示。</p><p>　　圖5 電容輸出的二極管半波整流電路  </p><p>　　通過(guò)上述分析可以得到半波整流電路的基本特點(diǎn)如下：半波整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。半波整流電路的交流利用率為50%。電容輸出半波整流電路中，二極管承擔(dān)最大反向電壓為2倍交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。實(shí)際電路中，半波整流電路二極管和電容的選擇必須滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)電流的要求。</

34、p><p>　　全波整流中當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的正半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，輸出電壓Vo=vi-VD1。當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，輸出電壓Vo=vi-VD2。如圖6所示</p><p>　　圖6 二極管全波整流電路  </p><p>　　由上述分析可知，二極管全波整流電路輸出的仍然是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)頻率是半波

35、整流的一倍。</p><p>　　通過(guò)與半波整流相類(lèi)似的計(jì)算，可以得到全波整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。</p><p>　　全波整流輸出的直流脈動(dòng)電壓仍然不能滿(mǎn)足電子電路對(duì)直流電源的要求，必須經(jīng)過(guò)平滑（濾波）處理。與半波整流相同，平滑處理電路是在全波整流的輸出端接一個(gè)電容。電容在脈動(dòng)電壓的兩個(gè)峰值之間向負(fù)載放電，使輸出電壓得到相應(yīng)的平滑。</p><p

36、>　　圖7 電容輸出的二極管半波整流電路   </p><p>　　通過(guò)上述分析可以得到半波整流電路的基本特點(diǎn)如下：半波整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。半波整流電路的交流利用率為50%。電容輸出半波整流電路中，二極管承擔(dān)最大反向電壓為2倍交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。實(shí)際電路中，半波整流電路二極管和電容的選擇必須滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)電流的要求。如圖7所示。</p>&

37、lt;p>　　全波整流中當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的正半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，輸出電壓Vo=vi-VD1。當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，輸出電壓Vo=vi-VD2。其結(jié)構(gòu)及波形如圖9所示。</p><p>　　圖8 二極管全波整流電路   </p><p>　　由上述分析可知，二極管全波整流電路輸出的仍然是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)

38、頻率是半波整流的一倍。如圖8所示。</p><p>　　通過(guò)與半波整流相類(lèi)似的計(jì)算，可以得到全波整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。</p><p>　　全波整流輸出的直流脈動(dòng)電壓仍然不能滿(mǎn)足電子電路對(duì)直流電源的要求，必須經(jīng)過(guò)平滑（濾波）處理。與半波整流相同，平滑處理電路是在全波整流的輸出端接一個(gè)電容。電容在脈動(dòng)電壓的兩個(gè)峰值之間向負(fù)載放電，使輸出電壓得到相應(yīng)的平滑。如圖9所示&

39、lt;/p><p>　　圖9 電容輸出的二極管全波整流電路及波形圖</p><p>　　通過(guò)上述分析可以得到全波整流電路的基本特點(diǎn)如下：全波整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。全波整流電路的交流利用率為100%。電容輸出全波整流電路，二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2倍交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。實(shí)際電路中，全波整流電路中二極管和電容的選擇必須滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)電流的要求。</p><

40、;p>　　橋式整流：所謂橋式整流電路，就是用二極管組成一個(gè)整流電橋。當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路（圖5中虛線(xiàn)所示），輸出電壓Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓處于交流電壓負(fù)半周時(shí)，二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓Vo=vi-VD2-VD4。如圖10中所示濾波電容的工作狀態(tài)。</p><p>　　圖10 二極管橋式整流電路及波形圖</

41、p><p>　　由上述分析可知，二極管橋式整流電路輸出的也是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)頻率是半波整流的一倍。 與半波整流輸出電壓有效值計(jì)算相類(lèi)似，可以得到橋式整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。  </p><p>　　通過(guò)上述分析，可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下：橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。橋式整流電路的交流利用率為100%。電容輸出橋式

42、整流電路，二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2倍的交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為半波整流的一半。實(shí)際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)電流的要求</p><p>　　選材標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓U2變換成脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的

43、直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為：</p><p><b>　　(3-2-1)</b></p><p>　　在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： </p><p><b>　　(3-2-2)</b></p><p>　　流過(guò)每只二極管的平均電流為：</p>

44、<p><b>　　(3-2-3)</b></p><p>　　其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p><b>　　(3-2-4)</b></p><p>　　其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。</p><p>

45、　　穩(wěn)壓電路中由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)可以分為

46、以下三個(gè)步驟：根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號(hào)及電路形式。根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓UI，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max，確定流過(guò)電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據(jù)P2，查出變壓器的效率η，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的電容

47、值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。</p><p><b>　　3.3穩(wěn)壓的原理</b></p><p>　　現(xiàn)在常用的穩(wěn)壓管的主要材料是半導(dǎo)體硅。在硅穩(wěn)壓管的反向電壓擊穿區(qū)內(nèi)，電流變化很大，而其電壓基本不變。</p><p>　　在小于5V的穩(wěn)壓管，主要是齊納擊穿，大于7V的穩(wěn)壓管，主要是雪崩擊穿，在5—7V間，兩種擊穿

48、同時(shí)存在。</p><p>　　要理解穩(wěn)壓二極管的工作原理，只要了解二極管的反向特性就行了。所有的晶體二極管,其基本特性是單向?qū)?。就是說(shuō)，正向加壓導(dǎo)通，反向加壓不通。這里有個(gè)條件就是反向加壓不超過(guò)管子的反向耐壓值。那么超過(guò)耐壓值后是什么結(jié)果呢？一個(gè)簡(jiǎn)單的答案就是管子燒毀。但這不是全部答案。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要限制反向電流值（例如，在管子與電源之間串聯(lián)一個(gè)電阻），管子雖然被擊穿卻不會(huì)燒毀。而且還發(fā)現(xiàn)，管子反向擊穿后，電

49、流從大往小變，電壓只有很微小的下降，一直降到某個(gè)電流值后電壓才隨電流的下降急劇下降。正是利用了這個(gè)特性人們才造出了穩(wěn)壓二極管。使用穩(wěn)壓二極管的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)好它的電流值。</p><p>　　穩(wěn)壓二極管(齊納二極管,Zener diode)：是一種專(zhuān)門(mén)工作于反向(崩潰，Breakdown)區(qū)域的二極管，如有一適量的電流流經(jīng)此二極管，則其兩端點(diǎn)間產(chǎn)生固定不變的電壓，名為：”穩(wěn)壓電壓”，由于其電壓穩(wěn)定，故被廣泛用于穩(wěn)壓電

50、路或用作參考電壓源。</p><p>　　崩潰現(xiàn)象：在PN結(jié)上，加以反向電壓時(shí)，反向電流很小，叫反向飽和電流，當(dāng)反向電壓加大到一定值時(shí)，反向電流會(huì)突然增加，這現(xiàn)象叫PN結(jié)的擊穿。</p><p>　　穩(wěn)壓二極管工作原理：穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不

51、變。</p><p>　　穩(wěn)壓二極管在電路中常用“ZD”加數(shù)字表示，如：ZD5表示編號(hào)為5的穩(wěn)壓管。 </p><p>　　故障特點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開(kāi)路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高；后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。</p><p>　　常用穩(wěn)壓二極管的型號(hào)及穩(wěn)壓值如下表：型 號(hào) 1N4728 1N47

52、29 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 </p><p>　　穩(wěn)壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V </p><p>　　穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路

53、中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類(lèi)型的二極管稱(chēng)為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶?chǎng)合的二極管。圖11畫(huà)出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號(hào)。</p><p>　　圖11 穩(wěn)壓管福安特性</p><p>　　選擇穩(wěn)壓管時(shí)應(yīng)注意：流過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ不能過(guò)大，應(yīng)使IZ≤IZmax，否則會(huì)超過(guò)穩(wěn)壓管的允許功耗，IZ也不能太小，應(yīng)使IZ≥IZmin，否則不能穩(wěn)定輸出電壓，這樣使輸入電壓和負(fù)載電流的

54、變化范圍都受到一定限制。</p><p>　　選擇二極管的基本原則：要求導(dǎo)通電壓低時(shí)選鍺管;要求反向電流小時(shí)選硅管。導(dǎo)通電流大時(shí)選面結(jié)合型;要求工作頻率高時(shí)選點(diǎn)接觸型。反向擊穿電壓高時(shí)選硅管。耐高溫時(shí)選硅管。</p><p>　　3.3.1．穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的類(lèi)型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類(lèi)型可分為固定式

55、和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類(lèi)型。固定電壓輸出穩(wěn)壓器：常見(jiàn)的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)接地端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo ≥2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)

56、Uo = 5 ~ 18V時(shí)，UI的最大值UImax= 35V；當(dāng)Uo=18 ~ 24V時(shí)，UI的最大值UImax = 40V。 2、可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器：可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個(gè)端是指輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)范圍為Uo=1.2 ~ 37V，最大

57、輸出電流Iomax =1.5</p><p><b>　　4調(diào)速設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　4.1材料及原理圖</b></p><p>　　主要材料：MOS管開(kāi)關(guān)1個(gè)， 555定時(shí)器1個(gè)， 二極管6個(gè)，電阻7個(gè)，電容3個(gè)，開(kāi)關(guān)1個(gè)，變電阻1個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干?？刂齐娐穲D如圖12所示。</p>&l

58、t;p>　　圖12 控制電路原理圖</p><p>　　4.2 直流斬波及MOS管開(kāi)關(guān)工作原理</p><p>　　4.2.1 Mos管開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介</p><p>　　圖13 Mos管結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　MOS管開(kāi)關(guān)電路中要用到MOS場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)代替開(kāi)關(guān)，場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極S、漏極 D和柵極（或叫控制極）G.如圖13所示。&

59、lt;/p><p>　　工作原理是：在給源極和漏極 之間加上正確極性和大小的電壓（因?yàn)楣苄投悾┖螅俳oG極和源極之間加上控制電壓，就會(huì)有相應(yīng)大小的電流從源極流向漏極 ，如果信號(hào)電壓夠大，這個(gè)電路就能瞬間飽和而成為一個(gè)開(kāi)關(guān)了。</p><p>　　比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。 

60、NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。 </p><p>　　PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類(lèi)少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。 </p><p>　　控制電路如圖1

61、4所示</p><p>　　圖14 MOS管控制電路</p><p>　　4.2.2 MOS管開(kāi)關(guān)應(yīng)用-直流斬波的工作原理</p><p>　　直流斬波器是一種把一定形式的直流電壓變換成負(fù)載所需的直流電壓的變流裝置。它通過(guò)周期性地快速開(kāi)通、關(guān)斷，把輸入電壓斬成一系列的脈沖電壓，改變脈沖列的脈沖寬度或頻率可以調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值，因此直流斬波器的基本作用是進(jìn)行直流電

62、壓的變換，即調(diào)壓作用。接在直流電源與負(fù)載之間。輸入平穩(wěn)直流，輸出斷續(xù)直流。（直流斷續(xù)器）如圖15波形所示。</p><p>　　圖15 升降壓斬波電路及其波形</p><p>　　如圖，設(shè)L值很大，C值也很大。使電感電流IL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值。</p><p><b>　　基本工作原理</b></p><p&

63、gt;　　設(shè)L值很大，C值也很大。使電感電流IL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值。</p><p>　　V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為I1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。</p><p>　　V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為I2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期

64、T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即</p><p><b>　　(4-2-1)</b></p><p>　　當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是： (4-2-2) </p><p><b>　　所以輸出電壓為</b></p>

65、<p><b>　　(4-2-3) </b></p><p>　　改變輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。</p><p>　　當(dāng)0< U0 <1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2< U0 <1時(shí)為升壓。因此稱(chēng)作升降壓斬波電路。</p><p>　　設(shè)計(jì)使用的斬波器為降壓斬波器，降壓型斬波器―輸出電壓低于輸入

66、電壓，即U0 < Ui ，也稱(chēng)為Buck型斬波器。其控制方式有（1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖調(diào)寬型—T不變，調(diào)節(jié)時(shí)間t。（2）頻率調(diào)制或調(diào)頻型—時(shí)間t不變，改變T。（3）混合型—t和T都可調(diào)，使占空比改變。其中PWM控制方式應(yīng)用最多</p><p>　　4.3 555的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介</p><p>　　555定時(shí)器由3個(gè)阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本R

67、S觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線(xiàn)邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通

68、過(guò)TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V—18V范圍內(nèi)使用。如圖16所示</p><p>　　圖16 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　555定時(shí)器工作時(shí)過(guò)程分析如下：</p><p>　　5腳經(jīng)0.01uF電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：U

69、R1=2/3Vcc、UR2=1/3Vcc。</p><p>　　當(dāng)VI1＞2/3Vcc，VI2＞1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。</p><p>　　當(dāng)VI1＜2/3Vcc，VI2＞1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時(shí)器輸出狀

70、態(tài)保持不來(lái)。</p><p>　　當(dāng)VI1＞2/3Vcc，VI2＜1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電平。</p><p>　　當(dāng)VI1＜2/3Vcc，VI2＜1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電

71、平。</p><p>　　4.4 555的功能應(yīng)用</p><p>　　555應(yīng)用電路采用3種方式中的1種或多種組合起來(lái)可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。</p><p>　　555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制

72、 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2Vcc /3，C2 的同相輸入端的電壓為Vcc /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于Vcc /3，則比較器 C2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2Vcc/3，同時(shí) TR 端的電壓大于Vcc /3，則 C1 的輸出為 1，C2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器

73、置 0，使輸出為 0 電平。</p><p>　　由555定時(shí)器組成的史密特觸發(fā)器，在數(shù)字電路中用于脈沖信號(hào)的整形。當(dāng)輸入Vi是不規(guī)則信號(hào)時(shí)，經(jīng)史密特觸發(fā)器處理后，輸出為規(guī)則的方波；將史密特觸發(fā)器用于數(shù)據(jù)通訊電路中，具有一定的抗干擾能力。若Vi端 （即555的2、6腳）輸入三角波（或正弦波）及其它不規(guī)則的波形，則在輸出端V0（3腳）輸出幅值恒定的方波。史密特觸發(fā)器是一種具有雙閾值（VT＋、VT—）的比較器電路，（

74、如果在VCO端接入RW，則可調(diào)節(jié)閾值）。如圖17，圖18所示結(jié)構(gòu)圖與波形圖。</p><p>　　圖17 555構(gòu)成的史密特觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖18 史密特觸發(fā)器工作波形圖</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回原來(lái)

75、的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)和脈沖整形電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中常用于規(guī)整信號(hào)的脈沖寬度（TW）：將脈寬不一致的信號(hào)輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，可輸出脈寬一致的脈沖信號(hào)。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于定時(shí)器電路中，調(diào)整RC的值可以得到不同的定時(shí)值。</p><p>　　圖19 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成RC定時(shí)電路，如圖19所示,用于

76、調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的脈沖寬度TW。Vi接555定時(shí)器的端，其工作原理如下：1、穩(wěn)態(tài)（觸發(fā)前）：Vi為高電平時(shí)，ViR=1，輸出V0為低電平，放電管T導(dǎo)通，定時(shí)電容器C上的電壓（6、7腳電壓）VC = VTH = 0 ，555定時(shí)器工作在“保持”態(tài)。2、觸發(fā)：在Vi端輸入低電平信號(hào)，555定時(shí)器的端為低電平，電路被“低觸發(fā)”，Q端輸出高電平信號(hào)，同時(shí)，放電管T截止，定時(shí)電容器C經(jīng)（R+RW）充電，VC逐漸升高。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)中，如果V

77、i恢復(fù)為高電平（VTR=1），但VC充電尚未達(dá)到Vcc時(shí)（VTH=0），555定時(shí)器工作在保持狀態(tài)，V0為高電平，T截止，電容器繼續(xù)充電。3、恢復(fù)穩(wěn)態(tài)：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，電容器充電至VC略大于Vcc ，因VTH>Vcc使555定時(shí)器“高觸發(fā)”，V0跳轉(zhuǎn)為低電平，放電管T導(dǎo)通，電容器經(jīng)T放電，VC迅速降為0V，這時(shí)，VTR=1，VTH=0，555定時(shí)器恢復(fù)“保持”態(tài)。4、高電平脈沖的脈寬TW：當(dāng)V0輸出高電平時(shí)，放電管T截止，電容器開(kāi)

78、始充電，在電容器上的電壓<Vcc這段時(shí)間，V0一直是高電平。因此</p><p>　　圖20 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖</p><p>　　自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號(hào)。電路采用電阻、電容組成RC定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RW或電容C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。</p><p>　　分析方法與單穩(wěn)態(tài)電路相似，但

79、電容器C的充電電阻是R1+RW+R2，放電電阻是R2 。當(dāng)VC是低電平時(shí)，555定時(shí)器低觸發(fā)，V0為高電平，放電管T截止，電容器經(jīng)（R1+RW+R2）充電，當(dāng)充電至VC=VTH >Vcc時(shí)，電路高觸發(fā)，輸出V0變?yōu)榈碗娖?，放電管T導(dǎo)通，電容器經(jīng)R2放電，當(dāng)放電至VC=VTR<Vcc時(shí)，電路又進(jìn)入低觸發(fā)，V0變?yōu)楦唠娖?，如此周而?fù)始，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號(hào)。</p><p>　　4.5 利用555定

80、時(shí)器設(shè)計(jì)多諧振蕩器的原理</p><p>　　多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱(chēng)為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱(chēng)它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。</p><p>　　圖21 555多諧振蕩器器結(jié)構(gòu)圖</p>

81、<p>　　其中R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器兩端電壓UC為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出U0為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使 電壓UC按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)UC上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸

82、出UC為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把UC從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱(chēng)為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1＋R2）C。接通電源后，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，UC電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之間變化。</p><p>　　由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接

83、相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)R2向放電端Dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C必在1／3Vcc和2／3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對(duì)應(yīng)的波形如圖22所示。</p><p>　　圖22 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器工作波形</p><p>　　輸出信號(hào)振蕩周期參數(shù)是：T1=(R1+R2) C

84、㏑2 ， T1 = R2 C㏑2</p><p>　　T=T1+T2=（R1+R2）C㏑2 （4-5-1）</p><p>　　振蕩頻率為 f=1／T=1／(R1+R2)C㏑2  （4-5-2）</p><p>　　輸出脈沖占空比q=T1／T =(R1+R2)／(R1+2R

85、2)   （4-5-3）</p><p>　　其中T1為VC由1／3Vcc上升到2／3Vcc需的時(shí)間,T2為電容C放電所需的時(shí)間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1KΩ，但兩者之和應(yīng)不大于3.3MΩ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。</p><p>　　結(jié)論：多諧振蕩器可以由門(mén)電路

86、構(gòu)成，也可以由555定時(shí)器構(gòu)成。由門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器和基本RS觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上極為相似，只是用于反饋的耦合網(wǎng)絡(luò)不同。RS觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，所以又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)電路。</p><p>　　在多諧振蕩器中，由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無(wú)需外加觸發(fā)脈沖。多諧振蕩器的振蕩周期與電路的阻容元件有關(guān)。</p><p><b

87、>　　4.5.1檢測(cè)分析</b></p><p>　　占空比的測(cè)量：根據(jù)上面的步驟：在保證一個(gè)電位器不變的情況下，調(diào)節(jié)電位器可以看出其占空比的范圍由下圖23和圖23可知道大概范圍在20%—80%間，可知也是達(dá)到了要的占空比范圍。</p><p>　　圖23 占空比最小圖</p><p>　　圖24 占空比最大圖</p><p

88、>　　頻率范圍的測(cè)量：在保持R7電位器不變的情況下，調(diào)電位器，可知他的可調(diào)的頻率范圍為：89.368HZ—272.58HZ?？芍涞念l率可調(diào)也在200HZ左右，在一定的情況下是完全滿(mǎn)足要求的。如圖25和圖26所示。</p><p>　　圖25 振蕩周期最小圖</p><p>　　圖26 振蕩周期最大圖</p><p><b>　　結(jié) 論<

89、/b></p><p>　　通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我真正的了解到電子技術(shù)對(duì)社會(huì)的作用，然而，我此次設(shè)計(jì)的成果雖然不大，但同樣讓我學(xué)到了各種電子器件的獨(dú)特作用，尤其是利用555設(shè)計(jì)的各種諧振電路和MOS管的直流斬波。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我通過(guò)各種途徑查找關(guān)于元器件的資料和計(jì)算方法及公式，并在老師的指導(dǎo)下選擇合適的元器件設(shè)計(jì)各種整流電路及利用555和MOS管設(shè)計(jì)的直流調(diào)速電路。驗(yàn)證電路

90、的作用，通過(guò)繪圖軟件繪制出電路圖，然后再利用各元器件做成電路板，在此過(guò)程中也遇到許多困難，經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和自己鉆研下，最終設(shè)計(jì)出直流調(diào)速電路的成果。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)完成了要求的任務(wù)的各項(xiàng)要求和目標(biāo)，達(dá)到預(yù)期目的。也從中大大提升了自我的動(dòng)手能力，掌握畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，綜合運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)，對(duì)知識(shí)有了系統(tǒng)的重新認(rèn)識(shí)。可以說(shuō)真正的做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。這次設(shè)計(jì)的順利完成為我以后的工作有了很大的實(shí)踐意

91、義。</p><p>　　我想隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種儀表的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化將是發(fā)展方向，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，它將會(huì)具有非常廣闊的發(fā)展空間。所以我們更應(yīng)該努力掌握各種知識(shí)來(lái)充實(shí)自己。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這里首先感謝我的指導(dǎo)老師在這些日子給我的指導(dǎo)和幫助，通過(guò)老師的仔細(xì)分析和講解，還有

92、自己的查閱資料，最終設(shè)計(jì)出自己產(chǎn)品。</p><p>　　同時(shí)，在課設(shè)與論文的處理過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。</p><p>　　我還要感謝同組的各位同學(xué)，在課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

93、></p><p>　　[1] 張燕賓.SPAM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[2] 吳守箴.電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[3] 葉慧貞等.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源.北京：兵器工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[4] 林渭勛.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：

94、機(jī)械工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[5] 何希才.新型開(kāi)關(guān)電源及其應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，1997</p><p>　　[6] 黃俊，秦祖蔭.電力電子自關(guān)斷器件及電路.北京機(jī)械工業(yè)出版社，1991</p><p>　　[7] 趙炳良.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[8] 丁道宏.電力電子技

95、術(shù).北京：航空工業(yè)出版社，1992</p><p>　　[9] 劉競(jìng)成.交流調(diào)速系統(tǒng).上海：上海交通大學(xué)出版社，1984</p><p>　　[10] 張明勛等.電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[11] 金如麟.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[12] 王

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